I. Tổng quan về đề tài
Đề tài Thiết kế bộ nghịch lưu năng lượng mặt trời 3 pha 220V là một nghiên cứu khoa học cấp trường, tập trung vào việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng xoay chiều 3 pha. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn năng lượng truyền thống và thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo. Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, với mục tiêu thiết kế một hệ thống nghịch lưu hiệu quả, ổn định và có giá thành hợp lý.
1.1. Vấn đề năng lượng truyền thống
Các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt. Việc tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo trở nên cấp thiết. Năng lượng mặt trời được xem là một giải pháp quan trọng, đặc biệt tại Việt Nam, nơi có tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời.
1.2. Ứng dụng năng lượng mặt trời
Việt Nam có nhiều khu vực không thể kết nối với lưới điện quốc gia. Hệ thống năng lượng mặt trời có thể cung cấp điện tại chỗ, mang lại ý nghĩa kinh tế, xã hội và quốc phòng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam vẫn còn hạn chế.
II. Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha
Đề tài tập trung vào việc thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha với điện áp đầu ra 220V/50Hz. Hệ thống bao gồm hai giai đoạn chính: bộ biến đổi DC/DC và bộ nghịch lưu DC/AC. Bộ DC/DC sử dụng thuật toán MPPT để tối ưu hóa công suất đầu ra của pin mặt trời, trong khi bộ DC/AC chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều 3 pha.
2.1. Bộ biến đổi DC DC
Bộ DC/DC sử dụng thuật toán MPPT để dò tìm điểm công suất cực đại của pin mặt trời. Thuật toán này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả nhất, đặc biệt trong điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi. Bộ DC/DC cũng nâng điện áp thấp từ pin lên mức phù hợp cho bộ nghịch lưu.
2.2. Bộ nghịch lưu DC AC
Bộ DC/AC chuyển đổi điện áp DC thành điện áp xoay chiều 3 pha. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLL để đồng bộ tần số và pha với lưới điện. Điều này đảm bảo điện áp đầu ra ổn định và có thể hòa lưới.
III. Thuật toán điều khiển
Đề tài nghiên cứu và so sánh ba thuật toán điều khiển chính: Perturb and Observe (PO), Incremental Conductance (IncCond), và Logic mờ. Mỗi thuật toán có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện môi trường khác nhau.
3.1. Thuật toán PO
Thuật toán PO là phương pháp đơn giản nhất, dựa trên việc quan sát sự thay đổi công suất khi điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên, hệ thống có thể dao động quanh điểm công suất cực đại, đặc biệt khi điều kiện môi trường thay đổi đột ngột.
3.2. Thuật toán IncCond
Thuật toán IncCond dựa trên đạo hàm công suất theo điện áp. Phương pháp này nhanh chóng xác định điểm công suất cực đại, nhưng có thể gặp khó khăn trong điều kiện bức xạ thấp.
3.3. Thuật toán Logic mờ
Thuật toán Logic mờ cho phép hệ thống đáp ứng nhanh với sự thay đổi môi trường. Bộ điều khiển này không yêu cầu mô hình toán học chính xác và có thể giảm thiểu dao động quanh điểm công suất cực đại.
IV. Kết quả và ứng dụng
Đề tài đã thiết kế thành công bộ nghịch lưu năng lượng mặt trời 3 pha 220V, với các thuật toán điều khiển tối ưu. Hệ thống có thể ứng dụng trong các khu vực không có điện lưới, góp phần phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.
4.1. Kết quả thực nghiệm
Các kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, đạt hiệu suất cao. Bộ nghịch lưu có thể hòa lưới và cung cấp điện năng chất lượng cao.
4.2. Ứng dụng thực tế
Hệ thống có thể được triển khai tại các vùng sâu, vùng xa, nơi không có điện lưới. Điều này mang lại lợi ích kinh tế và xã hội, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.
